Succesvolle uitwisseling van ferro-elektrische opslagmaterialen tussen Fraunhofer IPMS en CEA-Leti binnen de FAMES-pilotlijn

FeFET wafer © Fraunhofer IPMS

Illustratie van ferro-elektrische componenten op HfO₂-basis die schaalbare, CMOS-compatibele niet-vluchtige geheugen mogelijk maken. De architectuur ondersteunt de integratie in zowel front-end (FeFET) als back-end geheugenstructuren en opent tegelijkertijd mogelijkheden voor geavanceerde ferro-elektrische functies zoals multiferroïsche, pyro-elektrische en afstembare HF-componenten. © Fraunhofer IPMS

Het Fraunhofer IPMS en CEA-Leti hebben met succes de eerste uitwisseling van ferro-elektrische geheugenwafers binnen de FAMES-proeflijn afgerond. Hiermee is een belangrijke mijlpaal bereikt in het gezamenlijke Europese platform voor geavanceerde ingebedde niet-vluchtige geheugenstechnologieën. Met dit succes heeft de in december 2023 gestart en door CEA-Leti gecoördineerde proeflijn bewezen dat complexe waferprocessen tussen twee toonaangevende onderzoeksinstituten in Europa kunnen worden uitgewisseld en gezamenlijk kunnen worden uitgevoerd.

De samenwerking richt zich op de productie en elektrische karakterisering van ferro-elektrische condensatorstapels van hafnium-zirkoniumoxide (HZO). Met gebruikmaking van de gecombineerde 300-mm-CMOS cleanroomfaciliteiten van beide instituten werden de wafers in korte procescycli uitgewisseld om een gezamenlijke evaluatie van materialen, elektrodeconfiguraties en apparaatgedrag mogelijk te maken. Bij de succesvolle verwerking op twee locaties werden ook de in de proeflijn geïmplementeerde protocollen voor waferuitwisseling en contaminatiecontrole gevalideerd en aangetoond dat zelfs complexe materiaalstapels in verschillende cleanrooms betrouwbaar kunnen worden verwerkt op alle wafers.

Van lab tot fab – sneller naar systeemtoepassingen

»De succesvolle waferuitwisseling is een belangrijke stap richting een gezamenlijk Europees materiaaltestplatform voor ferro-elektrisch geheugen«, zegt Dr. Wenke Weinreich, afdelingshoofd van het Center Nanoelectronic Technologies van het Fraunhofer IPMS en lid van het elfkoppige FAMES-consortium. »Door onze procesexpertise te combineren met de CMOS-integratiemogelijkheden van CEA-Leti biedt de proeflijn een krachtige omgeving voor de evaluatie van nieuwe ferro-elektrische componenten en versnelt het hun weg naar systeemtoepassingen.«

Naadloze wafer-uitwisseling tussen de FAMES-locaties

»Deze eerste uitwisseling tussen CEA-Leti en het Fraunhofer IPMS toont aan dat gezamenlijke processtappen, testvehikels en karakteriseringsomgevingen naadloos kunnen functioneren tussen de FAMES-locaties«, verklaart projectcoördinator Dominique Noguet. »Het opzetten van betrouwbare wafer-loops tussen toonaangevende onderzoeksinstituten is essentieel voor de versnelling van de ontwikkeling van ferro-elektrisch geheugen.«

Met het oog op de toekomst leggen de wafer-loops de basis voor een bredere samenwerking in de ontwikkeling. In de volgende fasen worden HfO₂-gebaseerde ferro-elektrische stapels van het Fraunhofer IPMS geïntegreerd in CEA-Leti-CMOS-processen, gevolgd door evaluaties op array-niveau van nieuwe geheugenstechnologieën. De roadmap omvat ook studies naar elektrodepogingvariaties, lange termijn betrouwbaarheid en back-end-of-line-integratiebenaderingen.

Parallel daaraan heeft het Fraunhofer IPMS onlangs een eerste chip-tape-out voltooid met de 22-nm-FDX®-technologie van GlobalFoundries en is begonnen met onderzoek naar algoritmische AI-Compute-in-Memory-versnellerarchitecturen die voortbouwen op deze ferro-elektrische technologieën.

Gezamenlijk dragen deze inspanningen bij aan de kernopdracht van de FAMES-proeflijn: het bieden van een uniform Europees platform voor de ontwikkeling en validatie van nieuwe geheugenstechnologieën – waaronder OxRAM, MRAM, FeRAM en FeFET. Door het bevorderen van gezamenlijke materiaalkunde en gestandaardiseerde karakterisering moet de FAMES-proeflijn Europa versterken in de ontwikkeling en productie van energiezuinige chiparchitecturen voor de toekomst van gegevensverwerking.